欧姆龙PMCR样例

使用通信协议宏实现PLC对变频器的监控
1引言
在啤酒的酿造过程中，糖化醪与糊化醪的制取是非常重要工序，直接关系到啤酒的质量与产量。

某啤酒厂的糖化与糊化设备是20世纪80年代的产品，自动化水平较低，麦芽粉碎机与大米粉碎机的粉碎辊电动机，糖化锅与糊化锅的搅拌器电动机都没有调速功能。

为了满足生产工艺的要求进行技术改造，各个电动机都使用变频器调速。

控制器选用OMRON的PLC，PLC与变频器分别安装在两个相距较远的控制室内。

PLC使用通信协议宏功能与多台变频器通信，控制它们的运行。

2系统组成
系统组成如图1所示，上位计算机运行组态软件，与OMRON的C200HE-CPU42型PLC 通信，实时监控系统的运行。

PLC的CPU单元安装C200HW-COM06-V1通信板，支持通信协议宏功能。

6台不同功率的OMRON3G3MV通用变频器，分别驱动麦芽粉碎辊、大米粉碎辊、两台醪液输送泵、糖化锅和糊化锅搅拌器电动机。

3G3MV变频器支持MODBUS 通信协议，可与PLC进行RS-422A/485串行通信。

PLC为主站，变频器为从站，PLC与变频器之间采用RS-485总线连接。

3MODBUS通信协议
MODBUS是应用于控制设备的一种通用串行通信协议，规定了一个控制设备能够识别的信息结构。

有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

MODBUS通信使用主从技术，即主设备首先发出命令，从设备根据主设备提供的命令做出响应。

从站不能主动发送数据，只有主站发出命令时，从站才能给出响应。

主站可以向某一个从站发出命令，也可以向所有从站广播信息。

从站只响应单独发给它的命令信息，而不响应广播信息。

协议规定每个从站都需要设置其设备地址，识别主站发来的信息。

3G3MV变频器的MODBUS协议的信息帧结构如下所示。

（1）从站地址。

变频器地址00～31，如果设定为00，则为广播发送，变频器不给响应。

（2）命令代码。

命令代码有3种：
03H─读取；
08H─回路反馈测试；
10H─写入；
（3）数据。

由寄存器编号（回路反馈测试时为测试编号）与其数据组合构成的一串数据。

（4）校验码。

CRC16循环冗余校验。

PLC以通信方式读取3G3MV的状态数据或控制其运行，实际上是读取或修改3G3MV中对应寄存器的数据。

4创建通信协议宏
糖化醪与糊化醪的制取工序较为复杂，各个变频器按照规定的频率曲线工作，而且变频器的动作在顺序上有一定要求。

限于篇幅，本文不讨论复杂的控制策略，仅讨论PLC与变频器之间的协议宏通信。

下面以向6台变频器发送运行指令、查询状态参数为例，介绍通信协议宏的创建过程。

在协议宏软件CX-Protocol软件上创建工程，选择正确的设备名称、设备型号及网络类型。

然后创建通信序列和接收阵列，并下载到PLC的通信板中。

在PLC中编写程序，用PMCR 指令调用指定的通信序列[5]，实现与变频器的通信。

4.1创建通信序列
将通信序列号设为“000”，在通信序列中要设置PLC与通信板链接字、传输控制参数、响应接收方式、数据接收监控时间、数据接收完成监控时间、数据发送完成监控时间等内容。

（1）创建通信步
在通信序列“000”中创建2个通信步：STEP00和STEP01。

STEP00用于控制变频器运行，STEP01用于查询运行状态，如图2所示。

在每一个通信步中包括步号（Step）、重复计数器（Repeat）、命令（Command）、重试次数（Retry）、发送信息（Send Message）、接收信息（Recv Message）、是否响应（Response）、出错处理方式（Erorr）等内容。

其中，重复计数器设定为“RSET/R（1）”。

“RSET”表示在开始执行通信步时，重复计数器变量N清零。

通信步执行一次，N自动加1。

“R（1）”设定通信步执行次数，其数值存放在PMCR指令的第二操作数（S）指定的数据区“S1”中，本例的具体数值为“0006”，即每个通
信步执行6次，在通信步的重复执行过程中，变量N对应地从0递加到5。

图2示出通信步设置。

图2通信步设置
（2）创建发送和接收信息
发送信息与接收信息必须严格按照MODBUS协议格式编写，如图3、图4所示。

需要设置校验码（Check Code）、数据长度（Length）、地址（Address）、数据（Data）等信息。

校验码为CRC16校验，占用两个字节，65535为校验算法初始值。

系统中使用的变频器较多，这里不用常量作为从站地址，而用重复计数器变量N指定从站地址，来完成数据的发送和接收工作。

地址“～（R（3N2）,1）”在通信步的6次重复执行过程中，分别从PMCR指令的第二个操作数指定的“S2”、“S5”、“S8”、“S11”、“S14”和“S 17”存储单元中读取低字节的数据，作为变频器的地址。

在发送信息的数据设置中，[1000010002]表示向变频器的“0001”和“0002”两个寄存器写入数据。

其中，[10]为MODBUS写入指令，[0001]为变频器寄存器开始编号，[0002]为寄存器的个数。

“0001”寄存器保存变频器运行操作信号，指定变频器运行或停止、正转或反转；“0002”寄存器保存变频器频率值，指定运行频率。

只要改变以上两个寄存器的值，就可以改变变频器的运行状态和运行频率。

每一个变频器的具体写入值由（R（3N3）,4）指定。

[03002C0001]表示读取变频器“002C”寄存器的值，即读取状态参数。

在接收信息的数据设置中，“RUN RIGHT”为向变频器发送运行指令的正确响应信息；“READ RIGHT”为向变频器发送查询指令的正确响应信息，使用“（W（N1）,2）”将查询指令的响应数据（2个字节），即变频器的状态参数，写入PMCR指令第三操作数指定的PLC存储单元；“ERROR”为错误响应信息，使用“（W（N1）,2）”将错误代码写入PMCR指令第三操作数指定的PLC存储单元。

4.2创建接收阵列
PLC向变频器发送指令时，变频器可能返回正确或错误的响应信息，在接收数据时，应使用阵列的形式加以区分。

创建了3种可能的接收信息“RUN RIGHT”、“READ RIGHT”和“ERROR”，并针对每一种接收情况设定了不同的处理方法（Next Process），用于可能出现的各种响应信息的处理，如图5所示。

如果00通信步执行正常，接收到“RUN RIGHT”信息，则转到01通信步。

在执行01通信步时，如果接收到“READ RIGHT”信息，则通信协议宏执行完毕。

无论执行哪一个通信步，如果接收到“ERROR”信息，则通信错误，终止协议宏的执行。

对于其他不可预见的情况（OTHER），如通信超时接收不到响应信息时，终止协议宏的执行。

5通信实现
5.1通信设置
（1）变频器设置
使用RS-485方式通信时，将终端变频器的外部设定开关SW2设置为ON，接入120Ω的终端电阻。

将S与R，S-与R-连接。

每台变频器使用前要设定与通信相关的参数，将运行控制方式、频率控制方式均设定为“通信”，频率单位设为0.1Hz，还要设定从站地址，通信参数设为1位启动位，8位数据位，1位停止位，偶校验，9600bps波特率。

（2）通信板设置
对通信板上的开关作调整，将SW1置于2侧，使用RS-485方式；SW2设定为ON，接入120Ω的终端电阻。

设定通信板端口A为通信协议宏方式。

PLC的通信参数设定必须与变频器的参数一致。

5.2编写通信程序
通信协议宏的调用程序段如图6所示。

其中，28908为通信板端口A操作标志。

28908为OFF，表示可以使用端口A进行通信。

通信过程中28908置ON，通信结束后，28908置为OFF状态。

当23201由OFF变为ON、且28908为OFF时，调用通信板上的通信序列，通过端口A发送和接收数据。

通信序列号、发送和接收数据的存放区由PMCR指令的三个操作数指定。

PMCR指令的第一个操作数“#1000”为控制字，第一位的“1”表示使用通信板的端口A；后3位“000”表示通信序列号。

DM0000为PMCR第二操作数（S），设置发送信息的有效通道数为“0020”，即设定了DM0000～DM0019共20个有效通道。

DM0001中存放变频器台数。

DM0002中存放1号变频器的地址，DM0003中存放1号变频器运行指令，DM0004中存放变频器的运行频率。

第2台至第6台变频器的数据依次设置于DM0005～DM0019中。

DM0020为PMCR第三操作数（D），设置接收信息的有效通道数“0007”，即设定了
DM0020～DM0026共7个有效通道。

DM0021中存储1号变频器的运行状态数据，DM0022中存储2号变频器的运行状态数据，以此类推。

6结束语
根据糖化工艺的要求，通过上位机组态软件，制定变频器的运行曲线，实时改变变频器的运行频率与运行方向，并在计算机上获得变频器的实际工作状态信息和主要运行参数，生成数据报表和运行曲线。

通信协议宏的编写与调用简单，编程量小。

使用通信协议宏实现控制多台变频器，简化了现场布线，达到了设计要求，取得了很好的效果。

浅谈PLC控制中通信协议宏的应用
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[摘要]
文章详细介绍了PLC控制中一种新颖、高效的通信方式——通信协议宏的原理和实现方法，并将该方法成功地应用于港口门机的电气传动部分的改造，取得了令人满意的效果，最后对通信协议宏实际应用中一些应注意冯问题予以总结。

[关键词]
变频调速器可编程逻辑控制器通信协议宏
1引言
随着微机控制技术、电力电子技术和电气传动技术的飞速发展，交流变频调速技术正以其优异的控制性能日益为工业界所接受，而可编程逻辑控制器（PLC）作为一种高可靠性的控制部件，也正以前所未有的速度在工业自动化领域迅速普及。

在我国传统的钢铁冶金、交通运输、机械化工等各产业中，存在着大量的以继电器、接触器和直流调速为主的电气传动系统，这些系统存在硬件线路复杂、可靠性低、能耗大、生产维修量大等许多缺点，因此如何将PLC与交流变频调速技术相结合，对传统产业进行改造，是企业界正着力解决的问题。

本文就某港务局与浙江大学合作，对其下属的煤运码头门机电气传动部分的改造进行了介绍。

原有的门机传动部分分为3块，即门机抓斗的3个自由度，起升、变幅和旋转，均采用交流绕线式电机进串电阻调速，根据以往运行情况，主要缺点在于：能耗大，运行时机械、电气冲击大，故障频繁，维修任务繁重等，故决定将系统改造为PLC控制的交流变频调速系统。

2系统构成
根据系统特点和生产工艺要求，选用适合小型应用场合的OMRON-C200HE型PLC，变频器采用英国CT公司的高性能通用变频器，为了显示系统工作情况及故
障情况，系统还包括一块OMRON-NT620S型触摸屏。

遵循以前的生产操作习惯，仍采用手柄操作，触摸屏仅用来显示相关信息，为系统维修提供支持。

整个系统中PLC是控制核心——根据操作指令和内部逻辑向变频器发送指令，从变频器读回各种信息，并将这些信息送给触摸屏显示等。

C200HE是OMRON系列PLC中较新的型号，具有很强的通信功能，而CT系列变频器也具有可选的通信模块。

为了充分利用PLC和变频器的功能，最大限度地减少硬件连线，系统采用PLC与变频器之间以串行通信方式进行控制，硬件上采用适合工业场合的RS485连接，整个系统结构如图1所示。

由于系统生产工艺并不复杂，所以如何实现PLC与变频器之间的通信是整个工作的重点。

C200HE型PLC除了通常用于RS232通信方式的TXD，RXD指令外，还提供了一种新颖、高效的通信方式，PMCR指令——通信协议宏功能。

这种通信方式不仅适用于RS232通信方式，也适用于抗干扰能力强，传输距离远的RS485方式，而且其最大优点在于允许用户定义单独的数据传送序列和传送信息，用户可以用OMRON通信协议宏支持软件很容易地修改通信序列，从而大大简化编程，增加编程的灵活性，本文将对此进详细的讨论。

3PLC控制中通信协议宏的实现
3.1OMRON通信协议宏
通信协议宏功能是把同连接在RS232或RS422/485通用组件等各种通信机器
之间的数据送收信息顺序，通过通信协议宏支持软件，让用户自由编制，以PMCR 指令就能够实现的用户原始通信协议。

要实现通信协议宏功能，必须有相应的硬件支持，即通信单元，C200HE包括COM01~COM066种可选单元，其中COM04~COM06支持通信协议宏功能。

对于本文的工作，需要一个RS485的通信端口去控制变频器，所以选择COM06单元，其A口（RS485）与CT变频器通信。

B口（RS232）与触摸屏进行通信，在选定连接好硬件之后，就可以进行通信协议宏的工作了。

首先必须对通信单元作设定，根据变频器的设定，使用ASCII协议，数据通信连接：1位起始位，7位数据位，1位停止位，偶校验，RS485两线制，波特率为9600，故对COM06要将切换开关SW1调整到“2”侧，终端电阻开关SW2设定为ON。

另外，PLC的数据区DM6555、DM6556要设置成支持协议宏，并且通信连接的格式要与变频器设定一致，在设置完成之后，可以编写协议。

用通信协议支持软件可以建立多达1 000个通信序列，即000~999，每个通信序列最多由16步组成，通信序列每一步的结构及各参数的含义如表1所示。

参数功能参数设置
Repeat设置重复步的次数
常数，IR/SR，LR，HR，AR，
DM和EM区域
Command设置通信命令发送，接收或发送与接收
Retry
设置在执行发送和接收命令发生错误时，重新
执行次数
0~9
Send Wait设置在发送期间等候发送数据的时间单位0.01，0.1s，1s和1min
Send Message 设置用于接收命令或发送和接收命令的发送数
据
识别码，地址，长度，数据，错
误检查码和终止符
Receive Message 设置用于接收命令或接收和发送命令的期望接
受数据
识别码，地址，长度，数据，错
误检查码和终止符
Array 设置用于接收命令或接收和发送命令的期望接
受数据（最多15种类型），并按数据类型调整
处理
识别码，地址，长度，数据，错
误检查码，终止符和下一步处理
Response设置是否写接收数据是/否
Next设置当前步顺利结束时转往的下一步END，GOTO，NEXT，ABORT Error设置当前步出现错误时转往的下一步END，GOTO，NEXT，ABORT
在通行序列各项参数的设置中，Send message和Receive Message是最重要的，因为它们不仅决定发送和接受信息的具体内容，而且其格式的设置要与具体的控制对象的通信协议相结合来确定，下文将对此进行详细讨论。

3.2CT变频器的通信协议
根据系统要求，给每台Unidrive变频器配备了CT公司提供的UD-71插入式通信模块，该模块内含1片32位RISC处理芯片，对外提供RS232和RS485两个完全光隔的通信接口，可以方便地将变频器连如RS485网络。

Unidrive变频器与上位机之间的通信采用的命令和数据都是字符串，它具有特定的通信协议，该协议由CT公司提供，包括两大类命令，即读数据命令和写数据命令，这两类命令的格式介绍如下。

3.2.1写命令
当上位机（PLC）想设定网络上某一台变频器的某一个参数时，上位机就发送下列格式的命令：
控制地址控制参数数据控制校验EOT GA GA UA UA STX M1M2P1P2D1……DN ETX BCC EOT——复位码，STX——命令开始码，ETX——命令结束码，GA——组号，UA ——单元号，M1、M2——参数号，P1、P2——参数在组内的序号，D1…DN——参数的值（D1为符号位），BCC——块校验和。

由于写命令可直接改变电机的运行状态，为防止发生意外，写命令的格式要求很严格，变频器地址、参数、数据缺一不可。

如果该命令能被变频器识别，则变频器返回ACK（成功），否则NAK（不成功）。

例1要将第1组的第2个变频器的参数“1.15”写为“1”，则传送的信息如下。

控制地址控制参数数据控制校验EOT
(04)31313232STX(02)30323235
+(2B)
31
ETX
(03)
BCC
(3C)
3.2.2读命令
当上位机（PLC）想读取网络上某一台变频器的某一个参数时，上位机就发送下列格式的命令。

控制地址参数控制
EOT GA GA UA UA M1M2P1P2ENQ
如果该命令能被变频器识别，则变频器将返回如下结构的信息。

如果该命令能被变频器识别，则变频器将返回如下结构的信息。

控制参数数据控制校验
STX M1M2P1P2D1……DN ETX BCC
上述格式中的符号ENQ为查询码，其余符号含义与写命令相同。

例2要读取第1组第2个变频器的有功电值“4.02”参数，则传送的信息如下。

控制地址参数控制
EOT(04)3131323230343032ENQ(05)
返回信息为
控制参数数据控制校验
STX(02)30343032XXXXX ETX(03)BCC
这里值得一提的是BCC校验和，为保证由变频器出入的信息在传输的过程中的准确无误，数据响应以块校验和数BCC字符结尾。

BCC实际上是该命令中从STX 控制码之后开始的所有字符的ASCII码的异或弛，若运算结果小于32，则加上2 0H，最终以ASCII码对应的字符加到读写指令中，上位机可以用该值来校验前面收到的数据的准确性。

因此，例1中的BCC值为3C。

3.3通信协议宏在本系统控制中的实现
前文已述及，在通信协议宏的编制中，发送信息和接收信息是最重要的，而发送信息和接收信息的编制是根据PLC通信协议宏的格式要求，以CT变频器的通信协议为基础来进行的。

对变频器的控制，不管是写命令，还是读命令，都包括发送和
接收两个信息（Send Message/Receive Message）。

对于写命令，发送的信息是某个变频器的某个参数，接收的信息仅是1个位，即通信成功与否（ACK/NAK）；对于读命令，发送的信息是某个变频器的某个参数，接受的信息是该参数的相关内容。

因此，写命令和读命令的通信协议序列中，都包括发送信息和接收信息，即协议中Command参数应设为Send&Receive，确定通信协议序列之后，就可以编制具体的发送信息和接收信息。

Send Message和Receive Message结构如下
*Message Name Header(h)Terminator(t)Check Code(c)Length(l) Address(a)Data(d)其中(h)、(t)、(c)表示信息可开始位、结束位、校验位，它们是由通信控制设备的协议所决定的，当设置(t)时，(l)自动附加，(a)是指信息送往目标的标志符，(d)用于设置信息内容。

这里结合PMCR指令，对Address(a)和Data(d)作进一步解释。

通信协议宏在程序中是以PMCR指令来实现的，它的格式如下。

PMCR
C
S
D
其中C为控制字，第1位用于指定端口，1：A口，2：B口，后3位表示通信序列，S表示发送数据首字，D表示接收数据首字。

下面以本系统为例来说明通信协议宏的实现过程。

要用PLC将其控制的3台变频器的参数读回来，必须先将地址号和参数号发给相应的变频器，变频器识别后，再将返回的信息写到PLC指定的区域内。

实现过程分两步，第一步编写通信协议，关键的问题在于Send Messang和R eceive Message中Address和Data的编写。

首先需设置它们的属性——读(R)或写(W)，对本例而言，Send Message中发送的地址号和参数号是从PLC的D M区中读出后发送的，所以其属性设为R；而Receive Message中接收到的信息是要写入DM区的，所以其属性设为W。

设置了属性，就可以进行第2步：从指定字中读写地址或数据。

有几种方法可以指定该字，一种通用的方法是用包括变量N 的一阶方程用于地址或数据的引入，每当通信序列步中指定的重复计数器重复一步时，变量N加1，使用带N变量的方程计算地址或数据可实现地址和数据的动态传输。

根据CT变频器通信协议，读变频器参数信息时，每次先发送长度为8个字节的地址号和参数号，返回的信息长度不定，不妨每16个字节存放1条信息，数据长度由(t)确定后自动附加，Data中以通配符*表示。

由此编制Send message和Receive message如下。

*Message
Name Header Terminator
CheckCode
Length
Address Data
Send1EOT ENQ略(R(8N),4)
(h)+(a)+(R
(8N+4),4)+(t)
Recv1STX EXT略
(W(16N),
4)
(h)+(a)+(W(16N),*)+(t)
以上面的通信协议（序列号设为1），假设发送信息存在DM300开始的单元，接收信息存入DM800开始的单元内，则用下面的一条PMCR指令就可连续读取3台变频器的指定参数。

PMCR
#1001
DM0300
DM0800
4总结
通信协议宏，可以用一条指令实现遵循同一个协议的多条信息传送，大大简化了编程，增加了编程的灵活性，这一功能被成功地应用于本系统中，不仅提高了程序的运行效果，而且在实际运行中取得了令人满意的效果。

目前该系统已在现场正常工作了两个多月，整个系统的维修量和耗电量都大为降低。

实践证明，通信协议宏在系统中的应用是成功、有效的。

在本系统的调试中，笔者体会到在使用通信协议宏时，一些细节的问题必须予以充分的考虑，否则，就不能充分发挥通信协议宏的功能，甚至会造成通信失败，这里列举几个调试中遇到的问题。

（1）在程序中，有多条PMCR指令时，尽量使用@PMCR——上升沿有效指令，否则可能引起各条指令之间的冲突，从而造成通信失败。

（2）当通信失败时，通信忙位28908（内部继电器）始终保持ON，必须在程序中有相应的复位手段，例如当28908保持ON超过一定时间时，可置通信复位继电器28911为ON，使通信复位。

（3）通信复位时，虽然可恢复通信，但此时，往往会失去通信所需的上升沿条件，必须在复位的同时，补发一个上升沿，可采用28911的常开触点予以解决。

总之，通信协议宏作为一种新颖的PLC通信手段，与传统的方法相比，具有简
单、高效的优点。

但实际应用中必须在理解基本原理的基础上，充分考虑各种情况，才能真正发挥通信协议宏的优势。